Bussysteme in der Automatisierungstechnik

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1 Gerhard Schnell (Hrsg.) Bussysteme in der Automatisierungstechnik Grundlagen und Systeme der industriellen Kommunikation Mit 186 Abbildungen 3 V vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage vieweg

2 Inhaltsverzeichnis VII Inhaltsverzeichnis 1 Technische Grundlagen. 1.1 Netzwerktopologien Zweipunktverbindungen Zweipunktverbindungen mit Multiplexer Bus-Struktur Baumstruktur Ringstruktur Sternstruktur 1.2 Kommunikationsmodelle 11 Das ISO/OSI-Referenzmodell 11.1 Allgemeines Die Physikalische Schicht oder Bitübertragungsschicht Die Sicherungsschicht Die Netzwerkschicht Die Transportschicht Die Sitzungsschicht Die Darstellungsschicht Die Anwendungsschicht Dienste für die Kommunikation zwischen den Schichten Beispiel: Ablauf einer Kommunikation im OSI-Modell 12 Das TCP/IP-Protokoll 1.3 Buszugriffsverfahren Master/S lave-verfahren Token-Prinzip Token-Passing CSMA CSMA/CA 1.4 Datensicherung Einleitung Fehlerarten Einige grundlegende Beziehungen Bitfehlerrate Wiederholung einer Übertragung Restfehlerrate Hamming-Distanz Telegrammübertragungseffizienz

3 VIII Inhaltsverzeichnis Einige Strategien der Fehlererkennung Paritätsbit Blocksicherung CRC Datenintegritätsklassen Telegrammformate Telegramm mit Paritätsbit Telegramm mit CRC Telegrammformate Das HDLC-Protokoll UART Profibus-Norm DIN HART-Protokoll Token-Telegramm Binäre Informationsdarstellung NRZ, RZ Bipolar-Kodierung, HDBn-Kodierung NRZI AFP Manchester-II-Kodierung FSK, ASK, PSK Übertragungsstandards RS 232-, V.24-Schnittstelle RS 422-Schnittstelle RS 485-Schnittstelle ma-stromschleife Leitungen und Übertragungsarten Übersicht über die Leitungsarten Paralleldrahtleitung Koaxialleitung Lichtwellenleiter (LWL) Übertragungsarten Basisbandübertragung Trägerfrequenzübertragung Breitbandübertragung Verbindung von Netzen Repeater Bridges Router Gateways Feldbusankopplung an Host-Systeme Grundlagen 76

4 Inhaltsverzeichnis IX SPS-Ankopplung Feldbusfunktionen auf Kommunikations-Baugruppen Software-Schnittstelle Einheitliche Programmierung mit IEC PC-Ankopplung Hardware-Aspekte Techniken des Anwenderzugriffs Controller-Ankopplung Ankopplung an höhere Netze über Gateways Host-Zugriffe unter MMS Buszykluszeiten 87 2 Netzwerkhierarchien in der Fabrik-und Prozeßautomatisierung Übersicht und Spezifik der Kommunikation in der Automatisierung Managementebene Prozeßleitebene ETHERNET für den Industrieeinsatz Aufgaben von TCP/IP sowie Echtzeitfähigkeit Anwendungsschicht ALI/ API Feldebene (Feldgerät - SPS) Anforderungen an einen Feldbus auf der Systemebene Schlußfolgerungen Stand und Entwicklungstendenzen Datenübertragung mit Lichtwellenleitern Feldbussystem in Doppelringstruktur Sensor-Aktor-Ebene Anforderungen im Sensor-Aktor-Bereich Industrielösungen für Sensor-Aktor-Bussysteme Feldbusnormung Internationale Normungsarbeit IEC-Feldbus Europäische Normungsarbeit Beispiele ausgeführter Bussysteme Sensor/Aktor-Busse AS-Interface - Aktuator-Sensor-Interface Das EIB-System für die Heim- und Gebäudeelektronik Feldbusse Der Bitbus PROFIBUS Das PROFIBUS-Konzept 166

5 X Inhaltsverzeichnis 42.2 Schicht 1 -Übertragungstechnik Schicht 2 - Datenübertragungsschicht PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS Profile Eigensicherer Feldbus mit PROFIBUS PA Interbus-S SUCOnet K Industrielle Kommunikation von Schneider Automation Serieller Feldbus (SFB) Modbus Plus Modbus TCP/IP MMS über Ethernet (MMSE) SIMATIC NET - Industrielle Kommunikation von Siemens Industrial Ethernet - Das Netz für Produktion und Büro PROFIBUS - der Feld- und Zellenbus bei SIMATIC NET AS-Interface - der Aktor-Sensor-Bus bei SIMATIC NET LON WorldFIP Physikalische Ebene Übertragungsschicht Telegrammaufbau Anwendungsschicht P-NET CAN Foundation Fieldbus Weitverkehrsnetze ISDN DATEX-L DATEX-P TEMEX Datenblätter AS-I (Aktuator/Sensor-Interface) EIB (European Installation Bus) Bitbus PROFIBUS PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA Interbus 283

6 Inhaltsverzeichnis XI 6.6 SUCOnet-K Schneider Automation Bussysteme SFB (Systemfeldbus) Modbus Plus MMSE (Manufacturing Message Specification on Ethernet) SIMATIC NET AS-Interface PROFIBUS Industrial Ethernet LON (Local Operating Network) Flux Information Processus (FIP) P-Net CAN (Controller Area Network) Foundation Field Bus ARCNET Gigabit Ethernet ATM (Asynchronous Transfer Mode) Eigensichere Feldbusse PROFIBUS PA ICS MUX (RS 485) PROFIBUS (DP) Ex-i 297 Sachwortverzeichnis 299